KR102558677B1 - Current circuit breaker - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속 스위치를 이용하여 전류를 차단함으로써 반도체 모듈을 보호하기 위한 전류 차단기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단기는 고장 전류가 발생하면 개방되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치와 연결되고 상기 제1 스위치가 개방되는 시점부터 미리 설정된 시간 이후에 개방되는 제2 스위치, 일단은 상기 제1 스위치와 연결되고, 타단은 상기 제2 스위치와 연결되는 반도체 모듈, 일단은 상기 제2 스위치와 연결되고 타단은 상기 반도체 모듈과 연결되는 캐패시터 및 상기 캐패시터의 양단과 연결되고 상기 캐패시터의 양단 전압에 따라 저항 값을 변경하여 상기 고장 전류를 차단하는 어레스터를 포함한다.The present invention relates to a current breaker, and more particularly, to a current breaker for protecting a semiconductor module by cutting off current using a high-speed switch. A current breaker according to an embodiment of the present invention includes a first switch that opens when a fault current occurs, a second switch that is connected to the first switch and that opens after a preset time from when the first switch is opened, a semiconductor module having one end connected to the first switch and the other end connected to the second switch, a capacitor connected to the second switch and the other end connected to the semiconductor module, and both ends of the capacitor and changing a resistance value according to the voltage at both ends of the capacitor and an arrestor blocking the fault current.

Description

전류 차단기{Current circuit breaker}Current circuit breaker {Current circuit breaker}

본 발명은 전류 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속 스위치를 이용하여 전류를 차단함으로써 반도체 모듈을 보호하기 위한 전류 차단기에 관한 것이다.The present invention relates to a current breaker, and more particularly, to a current breaker for protecting a semiconductor module by cutting off current using a high-speed switch.

전류 차단기란 송변전 계통이나 전기회로에서 부하를 개폐하거나 접지, 단락 등의 사고가 발생할 경우 전류를 차단시키는 기기이다. 전류 차단기는 차단부가 절연물로 절연되어 조립된 경우 통상 사용 상태의 선로를 수동으로 개폐할 수 있다. 또한, 전류 차단기는 금속용기 외부의 전기조작장치 등에 의하여 원거리에서 개폐할 수 있고, 과부하 및 단락 시 자동적으로 선로를 차단하여 전력계통과 부하기기를 보호할 수 있다.A current breaker is a device that cuts off current when an accident such as opening or closing a load or grounding or short circuit occurs in a transmission system or an electric circuit. The current circuit breaker can manually open and close the line in normal use when the circuit breaker is insulated and assembled with an insulating material. In addition, the current circuit breaker can be opened and closed from a distance by an electric control device outside the metal container, and can automatically cut off the line in case of overload or short circuit to protect the power system and load equipment.

도 1은 종래의 전류 차단기(10)를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 종래의 전류 차단기(10) 동작 과정을 설명하면, 정상 전류가 흐를 때에는 스위치(12)가 단락되고 정상 전류는 주회로의 전력용 반도체(11)를 통해 흐른다. 또한, 정상 전류가 흐를 때에는 반도체 모듈(13)은 턴 오프 상태이므로 반도체 모듈(13)을 통해서는 정상 전류가 흐르지 않는다. 이 때 반도체 모듈(13)은 다수의 전력용 반도체(11)가 결합한 집합체일 수 있다.1 is a view showing a conventional current circuit breaker 10. Referring to FIG. 1, the operation process of the conventional current circuit breaker 10 will be described. When a normal current flows, the switch 12 is short-circuited and the normal current flows through the power semiconductor 11 of the main circuit. In addition, since the semiconductor module 13 is turned off when a normal current flows, a normal current does not flow through the semiconductor module 13 . In this case, the semiconductor module 13 may be an assembly in which a plurality of power semiconductors 11 are combined.

그러나 고압직류 송전 또는 배전 선로에서 기기의 보수, 교체 및 고장 전류가 발생하면 전류를 차단하기 위해 반도체 모듈(13)이 턴 온 된다. 반도체 모듈(13)이 턴 온 되면, 주회로의 전력용 반도체(11)는 턴 오프 되고 스위치(12)가 개방된다. 스위치(12)가 개방 되면 고장 전류는 반도체 모듈(13)을 통해 흐르게 되는데, 이 때 반도체 모듈(13)을 턴 오프 시켜 고장 전류를 차단한다. However, when device repair, replacement, or fault current occurs in a high-voltage direct current transmission or distribution line, the semiconductor module 13 is turned on to cut off the current. When the semiconductor module 13 is turned on, the power semiconductor 11 of the main circuit is turned off and the switch 12 is opened. When the switch 12 is opened, the fault current flows through the semiconductor module 13. At this time, the semiconductor module 13 is turned off to block the fault current.

다시 도 1을 참조하면, 종래의 전류 차단기(10)는 전류를 차단하기 위해 다수의 전력용 반도체(11)가 필요하다. 따라서, 종래의 전류 차단기(10)에 따르면 전류를 차단하기 위해 많은 비용이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 전류 차단기(10)에 따르면 다수의 전력용 반도체(11)로 인해 전류 차단기(10)의 부피가 커진다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 전류 차단기(10)에 따르면 전력용 반도체(11)에서 발열이 발생하여 냉각장치가 필요하다는 문제점이 있다.Referring back to FIG. 1 , the conventional current circuit breaker 10 requires a plurality of power semiconductors 11 to block current. Therefore, according to the conventional current circuit breaker 10, there is a problem in that a lot of cost is incurred to cut off the current. In addition, according to the conventional current circuit breaker 10, there is a problem that the volume of the current circuit breaker 10 increases due to the plurality of power semiconductors 11. In addition, according to the conventional current circuit breaker 10, there is a problem in that a cooling device is required because heat is generated in the power semiconductor 11.

본 발명은 고속 스위치를 이용하여 전류를 차단함으로써 반도체 모듈을 보호하기 위한 전류 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a current breaker for protecting a semiconductor module by cutting off current using a high-speed switch.

또한, 본 발명은 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 전력용 반도체의 수를 줄일 수 있는 전류 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a current breaker capable of reducing the number of power semiconductors by cutting off current using a bypass circuit.

또한, 본 발명은 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 전류 차단기의 부피를 줄이고 제작 비용을 감소시킬 수 있는 전류 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a current breaker capable of reducing the volume and manufacturing cost of the current breaker by cutting off the current using a bypass circuit.

또한, 본 발명은 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 발열을 감소시킬 수 있는 전류 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a current circuit breaker capable of reducing heat generation by cutting off current using a bypass circuit.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단기는 고장 전류가 발생하면 개방되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치와 연결되고 상기 제1 스위치가 개방되는 시점부터 미리 설정된 시간 이후에 개방되는 제2 스위치, 일단은 상기 제1 스위치와 연결되고, 타단은 상기 제2 스위치와 연결되는 반도체 모듈, 일단은 상기 제2 스위치와 연결되고 타단은 상기 반도체 모듈과 연결되는 캐패시터 및 상기 캐패시터의 양단과 연결되고 상기 캐패시터의 양단 전압에 따라 저항 값을 변경하여 상기 고장 전류를 차단하는 어레스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve this object, a current breaker according to an embodiment of the present invention includes a first switch that is opened when a fault current occurs, a second switch that is connected to the first switch and that is opened after a predetermined time from when the first switch is opened, a semiconductor module having one end connected to the first switch and the other end connected to the second switch, a capacitor connected to both ends of the capacitor and a voltage across the capacitor and an arrestor that blocks the fault current by changing a resistance value according to the

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 고속 스위치를 이용하여 전류를 차단함으로써 반도체 모듈을 보호할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, there is an effect of protecting the semiconductor module by cutting off the current using the high-speed switch.

또한, 본 발명에 의하면 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 전력용 반도체의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the number of power semiconductors can be reduced by blocking current using a bypass circuit.

또한, 본 발명은 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 전류 차단기의 부피를 줄이고 제작 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of reducing the volume of the current circuit breaker and reducing the manufacturing cost by blocking the current using the bypass circuit.

또한, 본 발명은 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 발열을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has an effect of reducing heat generation by cutting off current using a bypass circuit.

도 1은 종래의 전류 차단기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단기를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스위치 및 스트로크를 도시한 도면.
도 4는 제1 스위치가 완전 개방 되면 제어부가 제2 스위치를 개방하는 모습을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주회로에 정상 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주회로에 고장 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스위치 및 반도체 모듈에 고장 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터에 고장 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 어레스터에 고장 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 전류의 크기를 도시한 그래프.1 is a view showing a conventional current circuit breaker;
2 is a diagram showing a current breaker according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a first switch and stroke according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a state in which the controller opens the second switch when the first switch is fully opened;
5 is a diagram showing a state in which a normal current flows in a main circuit according to an embodiment of the present invention;
6 is a diagram showing a state in which a fault current flows in a main circuit according to an embodiment of the present invention;
7 is a diagram illustrating a state in which a fault current flows through a second switch and a semiconductor module according to an embodiment of the present invention;
8 is a diagram illustrating a state in which a fault current flows in a capacitor according to an embodiment of the present invention;
9 is a diagram illustrating a state in which a fault current flows through an arrestor according to an embodiment of the present invention;
10 is a graph showing the magnitude of fault current according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above objects, features and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention belongs will be able to easily implement the technical spirit of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단기(100)를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단기(100)는 제1 스위치(110), 제2 스위치(120), 반도체 모듈(130), 캐패시터(140), 어레스터(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 전류 차단기(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스위치(110) 및 스트로크(111)를 도시한 도면이고, 도 4는 제1 스위치가 완전 개방 되면 제어부가 제2 스위치를 개방하는 모습을 도시한 도면이다. 이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단기(100)를 설명하도록 한다.2 is a diagram showing a current circuit breaker 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , the current circuit breaker 100 according to an embodiment of the present invention may include a first switch 110, a second switch 120, a semiconductor module 130, a capacitor 140, an arrestor 150, and a control unit 160. The current circuit breaker 100 shown in FIG. 2 is according to an embodiment, and its components are not limited to the embodiment shown in FIG. 2, and some components may be added, changed, or deleted as necessary. 3 is a view showing the first switch 110 and the stroke 111 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view showing how the controller opens the second switch when the first switch is fully opened. Hereinafter, a current circuit breaker 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4 .

제1 스위치(110)는 고장 전류가 발생하면 개방될 수 있다. 이때 제1 스위치(110)는 고속 스위치일 수 있고 고장 전류 또는 정상 전류가 흐르는지 여부에 따라 주회로(170)의 양단을 개방 또는 단락 시킬 수 있다. 즉, 제1 스위치(110)는 주회로(170)에 고장 전류가 흐르면 개방되고, 주회로(170)에 정상 전류가 흐르면 단락된다. 이 때 고장 전류는 고압직류 송전 또는 배전 선로에서 기기의 보수, 교체 시 발생하는 전류로서 정상 전류보다 큰 값을 가질 수 있다. The first switch 110 may be opened when a fault current occurs. At this time, the first switch 110 may be a high-speed switch and may open or short both ends of the main circuit 170 depending on whether a fault current or a normal current flows. That is, the first switch 110 is opened when a fault current flows through the main circuit 170 and is shorted when a normal current flows through the main circuit 170 . At this time, the fault current is a current generated during maintenance or replacement of equipment in a high-voltage direct current transmission or distribution line, and may have a value greater than the normal current.

제2 스위치(120)는 제1 스위치(110)와 연결될 수 있고, 제2 스위치(120)는 고속 스위치일 수 있다. 제2 스위치(120)와 제1 스위치(110)의 종류는 동일할 수 있고, 제2 스위치(120)는 제1 스위치(110)가 개방되는 시점부터 미리 설정된 시간 이후에 개방될 수 있다. 미리 설정된 시간은 사용자에 의해 설정될 수 있고, 제어부에서 자동으로 설정할 수도 있다.The second switch 120 may be connected to the first switch 110, and the second switch 120 may be a high-speed switch. The types of the second switch 120 and the first switch 110 may be the same, and the second switch 120 may be opened after a preset time from the time when the first switch 110 is opened. The preset time may be set by the user or may be automatically set by the controller.

일 실시예로, 제2 스위치(120)는 반도체 모듈(130)이 턴 온 되면 개방되어 고장 전류를 차단할 수 있다. 즉, 고장 전류가 주회로(170)를 통해 흐르게 되면 제1 스위치(110)가 개방되고, 반도체 모듈(130)이 턴 온 된다. 반도체 모듈(130)이 턴 온 되면 고장 전류가 반도체 모듈(130)을 통해 흐르게 되고, 이 때 제 2 스위치(120)가 개방되어 우회 회로를 통해 흐르는 고장 전류를 차단시킬 수 있다. 한편, 제2 스위치(120)가 개방된 후에는 반도체 모듈(130)이 턴 오프 되는데 이에 대해서는 후술하도록 한다. In one embodiment, the second switch 120 is opened when the semiconductor module 130 is turned on to block the fault current. That is, when the fault current flows through the main circuit 170, the first switch 110 is opened and the semiconductor module 130 is turned on. When the semiconductor module 130 is turned on, a fault current flows through the semiconductor module 130, and at this time, the second switch 120 is opened to block the fault current flowing through the bypass circuit. Meanwhile, after the second switch 120 is opened, the semiconductor module 130 is turned off, which will be described later.

한편, 미리 설정된 시간은 제1 스위치(110)의 스트로크(111)에 비례할 수 있다. 스트로크(111)란 제1 스위치(110)의 한 끝에서 다른 끝까지 움직이는 거리로서 도 3에서 거리(111)일 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(110)의 스트로크(111)가 길수록 제2 스위치(120)는 제1 스위치(110)가 개방된 시점부터 더 긴 시간 이후 개방될 수 있다. 또한, 제1 스위치(110)의 스트로크(111)가 짧을수록 제2 스위치(120)는 제1 스위치(110)가 개방된 시점부터 더 짧은 시간 내에 개방될 수 있다.Meanwhile, the preset time may be proportional to the stroke 111 of the first switch 110. The stroke 111 is a distance that the first switch 110 moves from one end to the other, which may be the distance 111 in FIG. 3 . For example, as the stroke 111 of the first switch 110 is longer, the second switch 120 may be opened after a longer time from when the first switch 110 is opened. In addition, as the stroke 111 of the first switch 110 is shortened, the second switch 120 can be opened within a shorter time from the time the first switch 110 is opened.

반도체 모듈(130)은 일단은 제1 스위치(110)와 연결되고, 타단은 제2 스위치(120)와 연결될 수 있다. 반도체 모듈(130)은 제1 스위치(110)는 개방되고, 제2 스위치(120)는 단락된 상태에서 턴 온 되어 고장 전류를 흐르게 할 수 있는 모듈로서 하나 이상의 다이오드 및 하나 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 또한, 반도체 모듈(130)은 제2 스위치(120)가 개방된 후 턴 오프 되어 고장 전류를 캐패시터(140)로 흐르게 할 수 있다. 이때 트랜지스터는 MOSFET, BJT, IGBT 등일 수 있고 트랜지스터의 종류는 한정하지 않는다.The semiconductor module 130 may have one end connected to the first switch 110 and the other end connected to the second switch 120 . The semiconductor module 130 is a module capable of flowing a fault current by being turned on with the first switch 110 open and the second switch 120 short-circuited, and may include one or more diodes and one or more transistors. In addition, the semiconductor module 130 may be turned off after the second switch 120 is opened to allow a fault current to flow into the capacitor 140 . At this time, the transistor may be MOSFET, BJT, IGBT, etc., and the type of transistor is not limited.

일 실시예로 반도체 모듈(130)은 제1 다이오드(131), 제1 다이오드(131)와 반대 방향으로 배치되는 제2 다이오드(133)를 포함할 수 있다. 또한, 반도체 모듈(130)은 제1 다이오드(131)의 반대 방향으로 제1 다이오드(131)의 양단과 연결되는 제1 트랜지스터(132) 및 제2 다이오드(133)의 반대 방향으로 제2 다이오드(133)의 양단과 연결되는 제2 트랜지스터(134)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 반도체 모듈(130)과 같이 회로를 구성하는 이유는 양 방향에서 흐르는 고장 전류를 제어하기 위함이다.In one embodiment, the semiconductor module 130 may include a first diode 131 and a second diode 133 disposed in an opposite direction to the first diode 131 . In addition, the semiconductor module 130 may include a first transistor 132 connected to both ends of the first diode 131 in an opposite direction to the first diode 131 and a second transistor 134 connected to both ends of the second diode 133 in an opposite direction to the second diode 133. The reason for configuring the circuit like the semiconductor module 130 shown in FIG. 2 is to control the fault current flowing in both directions.

예를 들어, 고장 전류가 왼쪽에서 오른쪽으로 흐를 경우, 고장 전류는 제2 스위치(120), 제1 트랜지스터(132) 및 제2 다이오드(133)를 통해 흐른다. 반대로 고장 전류가 오른쪽에서 왼쪽으로 흐를 경우, 고장 전류는 제2 트랜지스터(134), 제1 다이오드(131) 및 제2 스위치(120)를 통해 흐르게 된다. For example, when the fault current flows from left to right, the fault current flows through the second switch 120 , the first transistor 132 and the second diode 133 . Conversely, when the fault current flows from right to left, the fault current flows through the second transistor 134 , the first diode 131 and the second switch 120 .

한편, 우회 회로는 제2 스위치(120) 및 반도체 모듈(130)은 포함하는 회로로서, 본 발명에 의하면 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 전력용 반도체의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 전류 차단기(100)의 부피를 줄이고 제작 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.Meanwhile, the bypass circuit is a circuit including the second switch 120 and the semiconductor module 130, and according to the present invention, the number of power semiconductors can be reduced by blocking the current using the bypass circuit. In addition, the present invention has an effect of reducing the volume of the current circuit breaker 100 and reducing the manufacturing cost by blocking the current using the bypass circuit.

캐패시터(140)는 일단은 제2 스위치(120)와 연결되고 타단은 반도체 모듈(130)과 연결될 수 있다. 일 실시예로 제2 스위치(120)가 개방되고 반도체 모듈(130)이 턴 오프 되면 캐패시터(140)에는 고장 전류가 흐를 수 있다. 또한, 반도체 모듈(130)이 턴 오프 되고 제2 스위치(120)가 개방되면 캐패시터(140)에는 고장 전류가 흐를 수 있다. 캐패시터(140)에 고장 전류가 흐르면 캐패시터(140)는 고장 전류에 의해 충전될 수 있고 캐패시터(140)가 충전되면 캐패시터(140)의 양단 전압은 일정한 값을 가질 수 있으며 그 값은 예를 들어 100V일 수 있다.The capacitor 140 may have one end connected to the second switch 120 and the other end connected to the semiconductor module 130 . In one embodiment, when the second switch 120 is opened and the semiconductor module 130 is turned off, a fault current may flow through the capacitor 140 . Also, when the semiconductor module 130 is turned off and the second switch 120 is opened, a fault current may flow through the capacitor 140 . When a fault current flows through the capacitor 140, the capacitor 140 can be charged by the fault current, and when the capacitor 140 is charged, the voltage across the capacitor 140 can have a constant value, and the value can be, for example, 100V.

어레스터(150)는 캐패시터(140)의 양단과 연결되고 캐패시터(140)의 양단 전압에 따라 저항 값을 변경하여 고장 전류를 차단할 수 있다. 어레스터(150)는 양단에 설정 전압 이하의 전압 값이 인가되면 저항이 ∞가 되고, 양단에 설정 전압 이상의 전압 값이 인가되면 저항이 0이 되는 소자로서, 이러한 특성을 이용하여 고장 전류를 차단할 수 있다.The arrestor 150 is connected to both ends of the capacitor 140 and can block fault current by changing a resistance value according to the voltage of both ends of the capacitor 140 . The arrestor 150 has a resistance of ∞ when a voltage value equal to or less than a set voltage is applied to both ends, and a resistance of 0 when a voltage value equal to or higher than the set voltage is applied to both ends.

일 실시예로 어레스터(150)는 캐패시터(140)의 양단 전압이 미리 설정된 값 미만이면 저항 값을 증가시켜 캐패시터(140)의 양단을 개방시킬 수 있다. 또한, 어레스터(150)는 캐패시터(140)의 양단 전압이 미리 설정된 값 이상이면 저항 값을 감소시켜 캐패시터(140)의 양단을 단락시킬 수 있다. 이 때 미리 설정된 값은 100V일 수 있으며, 캐패시터(140)의 양단이 개방되면 고장 전류는 어레스터(150)를 통해 흐르지 않고, 캐패시터(140)의 양단이 단락되면 고장 전류는 어레스터(150)를 통해 흐르게 된다.In one embodiment, the arrestor 150 may open both ends of the capacitor 140 by increasing a resistance value when the voltage across the capacitor 140 is less than a preset value. In addition, the arrestor 150 may short-circuit both ends of the capacitor 140 by reducing a resistance value when the voltage across the capacitor 140 is greater than a preset value. At this time, the preset value may be 100V. When both ends of the capacitor 140 are open, the fault current does not flow through the arrestor 150, and when both ends of the capacitor 140 are short-circuited, the fault current flows through the arrestor 150.

제어부(160)는 고장 전류가 발생하는지 여부를 판단하고, 고장 전류가 발생하면 제1 스위치 또는 제2 스위치를 개방하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어부(160)는 주회로(170)에 흐르는 전류의 크기에 기초하여 고장 전류인지 정상 전류인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 전류의 크기가 일정하면 정상 전류이고 전류의 크기가 증가하면 고장 전류로 판단할 수 있다. 한편, 제어부(160)는 제어 신호를 생성하여 제1 스위치(110) 및 제2 스위치(120)의 개방 또는 단락 상태를 제어할 수 있으며, 반도체 모듈(130)의 턴 온 또는 턴 오프 상태를 제어할 수 있다.The controller 160 may determine whether a fault current is generated and generate a control signal for opening the first switch or the second switch when the fault current is generated. The control unit 160 may determine whether the current is a fault current or a normal current based on the magnitude of the current flowing through the main circuit 170 . For example, if the magnitude of the current is constant, it is a normal current, and if the magnitude of the current increases, it can be determined as a fault current. Meanwhile, the controller 160 may generate a control signal to control the open or short state of the first switch 110 and the second switch 120, and may control the turn-on or turn-off state of the semiconductor module 130.

본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단기(100)는 제1 스위치(110)의 개방 여부를 감지하는 센서(410)를 더 포함하고, 제어부(160)는 센서(410)로부터 제1 스위치(110)의 완전 개방 신호를 수신한 후 제2 스위치(120)를 개방하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 완전 개방 신호는 제1 스위치(110)가 완전히 개방되었음을 알리는 신호로서 도 3을 참조하면 스트로크(111)가 최대일 때를 의미한다. 한편, 도 4를 참조하면, 제어부(160)는 제1 스위치(110)가 완전히 개방된 후 제어 신호를 생성하여 제2 스위치(120)를 개방시킬 수 있고, 이에 따라 제1 스위치(110)의 개방 시간 및 제2 스위치(120)의 개방 시간을 제어할 수 있다.The current circuit breaker 100 according to an embodiment of the present invention further includes a sensor 410 that detects whether the first switch 110 is opened, and the control unit 160 receives the full open signal of the first switch 110 from the sensor 410 and then generates a control signal for opening the second switch 120. Here, the fully open signal is a signal indicating that the first switch 110 is fully opened, and referring to FIG. 3 , it means when the stroke 111 is at its maximum. Meanwhile, referring to FIG. 4 , the control unit 160 may generate a control signal to open the second switch 120 after the first switch 110 is fully opened, and accordingly, the opening time of the first switch 110 and the opening time of the second switch 120 may be controlled.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주회로(170)에 정상 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주회로(170)에 고장 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면이다. 5 is a diagram showing a state in which a normal current flows in the main circuit 170 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing a state in which a fault current flows in the main circuit 170 according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스위치(120) 및 반도체 모듈(130)에 고장 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터(140)에 고장 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면이다. 7 is a diagram showing fault current flowing through the second switch 120 and the semiconductor module 130 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing fault current flowing through the capacitor 140 according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 어레스터(150)에 고장 전류가 흐르는 모습을 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 전류의 크기를 도시한 그래프이다. 이하 도 5 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단기(100)가 전류를 차단하는 과정을 설명하도록 한다.9 is a diagram showing how fault current flows through the arrestor 150 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a graph showing the magnitude of fault current according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, with reference to FIGS. 5 to 10 , a process of cutting off current by the current circuit breaker 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 5, 도 6 및 도 10을 참조하면, 먼저 제1 스위치(110)는 단락 되어 있고 정상 전류는 제1 스위치(110)를 거쳐 주회로(170)를 따라 흐른다. 제어부(160)는 주회로(170)를 따라 흐르는 전류의 크기를 지속적으로 모니터링하여 정상 전류인지 고장 전류인지 판단할 수 있으며 고장 전류로 판단하면 제1 스위치(110)를 개방시킬 수 있다. 정상 전류인지 고장 전류인지 여부는 전류의 크기로 판단하며 일 실시예로 도 10에서 t0까지는 정상 전류이고 t0 이후부터는 전류의 크기가 증가하므로 고장 전류로 판단할 수 있다. Referring to FIGS. 5, 6 and 10, first, the first switch 110 is shorted and a normal current flows through the first switch 110 along the main circuit 170. The controller 160 continuously monitors the magnitude of the current flowing along the main circuit 170 to determine whether it is a normal current or a fault current, and when determined to be a fault current, the first switch 110 can be opened. Whether it is a normal current or a fault current is determined by the size of the current. In one embodiment, in FIG.

고장 전류로 판단 후 제1 스위치(110)가 개방되면 반도체 모듈(130)이 턴 온 되고, 반도체 모듈(130)이 턴 온 되면 고장 전류는 우회 회로를 거쳐 흐를 수 있다. 다만, 고장 전류로 판단 후 제1 스위치(110)가 개방되더라도 우회 회로를 통해 모든 고장 전류가 흐르는 것은 아니고 주회로(170)에는 아크 전류가 흐르게 되고 우회 회로에는 고장 전류 중 아크 전류 성분을 뺀 나머지 전류가 흐른다. 도 10을 참조하면 그래프(930)는 주회로(170)에 흐르는 아크 전류의 크기를 나타내고, 그래프(940)는 우회 회로에 흐르는 전류의 크기를 나타내며, 그래프(950)는 고장 전류의 크기를 나타낸다. 즉, t1에서 t2로 갈수록 주회로(170)의 아크 전류는 점차 줄어들고, 우회 회로에 흐르는 전류는 점차 증가한다. When the first switch 110 is opened after determining the fault current, the semiconductor module 130 is turned on, and when the semiconductor module 130 is turned on, the fault current may flow through the bypass circuit. However, even if the first switch 110 is opened after determining the fault current, not all the fault current flows through the bypass circuit, but the arc current flows in the main circuit 170, and the current remaining after subtracting the arc current component from the fault current flows in the bypass circuit. Referring to FIG. 10 , a graph 930 represents the magnitude of the arc current flowing in the main circuit 170, a graph 940 represents the magnitude of the current flowing in the bypass circuit, and a graph 950 represents the magnitude of the fault current. That is, from t1 to t2, the arc current in the main circuit 170 gradually decreases, and the current flowing in the bypass circuit gradually increases.

그 다음, 제2 스위치(120)가 개방되고, 제2 스위치(120)가 개방된 후 반도체 모듈(130)이 턴 오프 된다. 제2 스위치(120)가 개방되고, 반도체 모듈(130)이 턴 오프 되면 고장 전류는 캐패시터(140)를 통해 흐르게 된다. 캐패시터(140)를 통해 흐르는 고장 전류는 캐패시터(140)를 충전시키고, 충전된 캐패시터(140)의 양단 전압은 일정한 전압 값을 유지할 수 있다. 도 8 및 도 10을 참조하면, 고장 전류가 캐패시터(140)를 통해 흐르고 이 때 고장 전류의 크기는 그래프(960)와 같다.Then, the second switch 120 is opened, and after the second switch 120 is opened, the semiconductor module 130 is turned off. When the second switch 120 is opened and the semiconductor module 130 is turned off, a fault current flows through the capacitor 140 . The fault current flowing through the capacitor 140 charges the capacitor 140, and the voltage across both ends of the charged capacitor 140 may maintain a constant voltage value. Referring to FIGS. 8 and 10 , a fault current flows through the capacitor 140 and the magnitude of the fault current is shown in a graph 960 .

캐패시터(140)가 충전된 후에는 캐패시터(140)의 양단 전압이 어레스터(150)의 양단에 인가되고 캐패시터(140)의 양단 전압이 인가되면 어레스터(150)의 저항 값이 0이 될 수 있다. 어레스터(150)의 저항 값이 0이 되면 어레스터(150)의 양단은 단락되므로 모든 고장 전류가 어레스트를 통해 흐르게 된다. 어레스트를 통해 고장 전류가 일정량 이상 빠져나가면 어레스트의 양단 전압이 줄어들게 되고 이에 따라 어레스트의 저항 값이 ∞가 되므로 고장 전류는 어레스터(150)를 통해 흐를 수 없으므로 차단된다. After the capacitor 140 is charged, the voltage at both ends of the capacitor 140 is applied to both ends of the arrestor 150, and when the voltage at both ends of the capacitor 140 is applied, the resistance value of the arrestor 150 may become 0. When the resistance value of the arrestor 150 becomes 0, both ends of the arrestor 150 are short-circuited, so that all fault currents flow through the arrestor. When the fault current escapes through the arrestor by a certain amount or more, the voltage across both ends of the arrestor is reduced, and accordingly the resistance value of the arrestor becomes ∞, so the fault current cannot flow through the arrestor 150 and is blocked.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 고속 스위치를 이용하여 전류를 차단함으로써 반도체 모듈을 보호할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 전력용 반도체의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, there is an effect of protecting the semiconductor module by cutting off the current using the high-speed switch. In addition, according to the present invention, the number of power semiconductors can be reduced by blocking current using a bypass circuit.

또한, 본 발명은 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 전류 차단기의 부피를 줄이고 제작 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 우회 회로를 이용하여 전류를 차단함으로써 발열을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of reducing the volume of the current circuit breaker and reducing the manufacturing cost by blocking the current using the bypass circuit. In addition, the present invention has an effect of reducing heat generation by cutting off current using a bypass circuit.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and accompanying drawings, since various substitutions, modifications, and changes are possible to those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention.

Claims (8)

주회로의 전류에 따라 개방 또는 단락되는 제1 스위치;
상기 제1 스위치와 병렬 연결되는 제2 스위치;
상기 제2 스위치와 직렬 연결되고 상기 제1 스위치와 병렬 연결되는 반도체 모듈;
상기 제1 스위치와 병렬 연결되고, 상기 제2 스위치와 상기 반도체 모듈과 병렬 연결되는 캐패시터; 및
상기 제1 스위치와 병렬 연결되고, 상기 제2 스위치와 상기 반도체 모듈과 병렬 연결되며, 상기 캐패시터와 병렬 연결되고, 상기 캐패시터의 양단 전압에 따라 저항 값을 변경하여 상기 주회로의 고장 전류를 차단하는 어레스터를
포함하는 전류 차단기.
A first switch that opens or closes according to the current of the main circuit;
a second switch connected in parallel with the first switch;
a semiconductor module connected in series with the second switch and connected in parallel with the first switch;
a capacitor connected in parallel with the first switch and connected in parallel with the second switch and the semiconductor module; and
an arrestor connected in parallel with the first switch, connected in parallel with the second switch and the semiconductor module, connected in parallel with the capacitor, and blocking a fault current in the main circuit by changing a resistance value according to a voltage across the capacitor;
Including current circuit breaker.
 제1항에 있어서,
상기 주회로의 전류를 감지하는 센서; 및
상기 센서를 통해서 상기 주회로에 상기 고장 전류가 발생하는지 여부를 판단하고, 상기 고장 전류가 발생하면 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 반도체 모듈 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함하는, 전류 차단기.
According to claim 1,
a sensor for sensing the current of the main circuit; and
A current breaker further comprising a control unit determining whether the fault current is generated in the main circuit through the sensor and controlling at least one of the first switch, the second switch, and the semiconductor module when the fault current is generated.
 제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 고장 전류 발생하면 상기 제1 스위치를 턴-오프시키는, 전류 차단기.
According to claim 2,
Wherein the controller turns off the first switch when the fault current occurs.
 제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 스위치가 턴-오프되면 상기 반도체 모듈을 턴-온시키는, 전류 차단기.
According to claim 3,
Wherein the controller turns on the semiconductor module when the first switch is turned off.
 제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 스위치가 턴-오프되는 시점부터 미리 설정된 시간이 경과하면 상기 제2 스위치를 턴-오프시키는, 전류 차단기.
According to claim 4,
Wherein the control unit turns off the second switch when a preset time elapses from when the first switch is turned off.
 제5항에 있어서,
상기 미리 설정된 시간은 상기 제1 스위치의 스트로크에 비례하는, 전류 차단기.
According to claim 5,
Wherein the preset time is proportional to the stroke of the first switch.
 제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 스위치가 턴-오프되면 상기 반도체 모듈을 턴-오프시키는, 전류 차단기.
According to claim 5,
Wherein the controller turns off the semiconductor module when the second switch is turned off.
 제7항에 있어서,
상기 반도체 모듈이 턴-오프되면 상기 고장 전류는 상기 캐패시터에 충전되는, 전류 차단기.


According to claim 7,
When the semiconductor module is turned off, the fault current is charged in the capacitor.
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